3 Boyutlu Doku Üretiminde Nanofiberlerin Kullanımı

Çeşitli nanofiber üretim yöntemleri olmakla birlikte en çok kullanılan yöntem elektrospin yöntemidir. Elektrospin yönteminde, bir güç kaynağı vasıtasıyla polimere voltaj uygulanır ve polimerin fiberler halinde toplayıcı üzerinde toplanması sağlanır.

Elektrospin yönteminin şematik gösterimi (1)

Nanofiberlerin çapları, kullanım alanına göre düzenlenebilir. Nanofiber yoğunluğuna bağlı olarak, gözeneklerin boyutu da düzenlenebilir. Elektrospin düzeneğinde, nanofiberlerin elde edilişi, şırınganın ucunda, Taylor konisi meydana geldiği anda başlar. Taylor konisi, polimer çözeltisine uygulanan elektrik akımı sayesinde oluşur. Koni oluşturan polimer, elektrik alan sayesinde jetler halinde toplayıcı üzerinde nanofiber olarak birikir. Elektrospin düzeneğinde, sabit yada dönen toplayıcılar kullanılabilir. Dönen toplayıcılar oluşan nanofiberlerin daha düzenli ve yönlendirilmiş bir biçimde elde edilmesini sağlarlar. 

Nanofiberlerin taramalı elektron mikroskobu ile çekilmiş görüntüleri

Doku mühendisliği uygulamalarında nanofiberler doku iskelesi olarak kullanılırlar. Nanofiber doku iskeleleri; hücrelerin büyümesi, gelişmesi, üremesi ve göç etmesi için üç boyutlu doğal bir ortam sağlarlar ⁽²⁾. Nanofiber doku iskeleleri, doğal yada sentetik polimerlerden elde edilir. Polimer tercihi yapılırken en temel kriter, polimerin biyouyumlu olmasıdır. Biyouyumlu polimerler, nanofiberler üzerinde hücrelerin büyümesi ve gelişmesine olanak verir ve hücreler için toksik etki oluşturmaz. Polimerlerin biyouyumlu olmasının yanı sıra çalışılması hedeflenen doku tipine göre, polimerin biyobozunur olması da hedeflenebilir. Nanofiber eldesinde kullanılan polimerlerin biyobozunur olması, hücrelerin bu yapılar üzerinde büyüyüp gelişebilmesi için oldukça önemlidir. Hücre büyümesine paralel olarak bozunan nanofiber doku iskeleleri, yeni hücreler için yaşam alanı sağlamakta ve hücrelerin 3 boyutlu doku oluşturmasına olanak vermektedir. Biyobozunurluk özelliği, 3 boyutlu doku gelişiminde oldukça önemli olmakla birlikte, bozunma basamaklarının iyi bilinmesi gerekmektedir. Polimerin hücrelerin canlılığına zarar vermemesi için, hem polimerin hem de bozunma ürünlerinin hücreler için toksik olmaması gerekmektedir. Buna ek olarak, nanofiberlerin  bozunmasının hücre gelişimi ile paralel olması, dokunun bütünlüğü açısından önem taşımaktadır. Hücre sayısının artışına paralel olarak nanofiber doku iskelesinin bozunmaya başlaması, bir taraftan doku bütünlüğü sağlanmasına yardımcı olurken, diğer taraftan yeni gelişen hücreler için alan yaratmış olur.

Nanofiber doku iskeleleri tasarlanırken, polimer yapısına, biyoaktif inorganik malzemeler de eklenebilir. Örneğin kemik dokusu hücrelerinin büyütüleceği doku iskelesi yapısı için; sentetik polimerlerin içerisine, hidroksiapatit kristalleri, kalsiyum fosfat gibi inorganik malzemeler eklenebilir. Hidroksiapatit kristalleri ve kalsiyum fosfat kemik yapısında bulunan inorganik maddelerdir. Bu maddelerin nanofiber doku iskelesi yapısına eklenmesinin, kemik hücrelerinin çoğalması, büyümesi ve farklılaşması üzerinde olumlu etkileri olduğu yapılan çalışmalarda görülmüştür. Ayrıca, inorganik malzemeler, nanofiber yapısının dayanımını da artırarak, kemik dokusu hücreleri için daha dayanıklı bir büyüme ortamı sağlamaktadır ⁽¹⁾.

Nanofiberler, doku iskelesi olarak üretildikten sonra sterilizasyonları, UV ışık altında ya da etilen oksit uygulaması ile yapılmaktadır. Sterilizasyon uygulamasının ardından hücre kültürü ortamında, hücrelerin ihtiyaç duyduğu besi ortamı sağlanarak, steril şartlar altında ve hücrelerin ihtiyaç duyduğu nem ve karbondioksit ortamında nanofiber doku iskeleleri üzerinde hücrelerin büyümesi, çoğalması ve farklılaşması sağlanır. ⁽³⁾

Referanslar

1. Current approaches to electrospun nanofibers for tissue engineering, N. G. Rim, C. S. Shi, H. Shin, Biomed. Mater. 8 (2013) 014102 (14pp)
2. 3D imaging of cell interactions with electrospun PLGA nanofiber membranes for bone regeneration, U. Stachewicz, T. Qiao, S.C.F. Rawlinson, F. V. Almeida, W. Li,  M. Cattell,  A. H. Barber. Acta Biomaterialia 27 (2015) 88–100.
3. A biodegradable nanofiber scaffold by electrospinning and its potential for bone tissue engineering, H. Yoshimoto, Y.M. Shin, H. Terai,  J.P. Vacanti. Biomaterials 24 (2003) 2077–2082.
4. Kapak Görseli İçin - http://cdn.phys.org/newman/gfx/news/hires/2013/1-discoveryyie.jpg